基于互補式電導(dǎo)探針陣列傳感器設(shè)計與靜態(tài)實驗

·開發(fā)設(shè)計·

基于互補式電導(dǎo)探針陣列傳感器設(shè)計與靜態(tài)實驗

柴金剛胡金海杜佳楠劉曉磊

(大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司黑龍江大慶163453)

摘要：互補式電導(dǎo)探針陣列傳感器設(shè)計是在以前所研究儀器基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，采用軸向及周向互補的方式將電導(dǎo)探針傳感器均勻分布，是一種主要應(yīng)用于測量水平井油水兩相含水率的電導(dǎo)成像方法，通過測量等效阻抗的變化來判斷探針所處的位置，從而實現(xiàn)在水平狀態(tài)下對油水界面位置的判別，同時給出持水率，并接通過探針所測量阻抗變化的規(guī)律判斷油水界面附近的流型和流態(tài)。通過驗證內(nèi)外環(huán)之間互相補充，使得測量的精確率達到了理想的效果。

關(guān)鍵詞：互補式；電導(dǎo)探針陣列；誤差分析

作者簡介：第一柴金剛，男，1981年生，工程師，2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)在大慶油田測試技術(shù)服務(wù)分公司監(jiān)測技術(shù)研發(fā)中心工作從事儀器組裝調(diào)試工作。E-mail:dlts_chaijg@petrochina.com.cn

文章編號：中圖法分類號：P631.8+11

收稿日期：(2014-05-28編輯：屈憶欣)

The Complementary Electric Conductivity Probe Array Sensor Design and Static State ExperimentCHAI JingangHU JinhaiDU JiananLIU Xiaolei

(DaqingLoggingandTestingServicesCompany,Daqing,Helongjiang163453,China)

Abstract：The complementary electric conductivity probe array sensor design is based on previous instrument foudation. It distributes sensors even through an axial and circumferential compiementary way, and it is a conductivity imaging method mainly used to measure two-phase water content rate, judge probe place through changes of equivalent resistance, thus distinguish the oil-water interface in horizontality, in the meanwhile hold the water rate,and judge the flow near oil-water interface by changes of equivalent resistance. Verify complementary between inside and outside ring, to get ideal effect on measuring accurate rate.

Key word：complementary type, conductivity probe array, error margin analysis

0引言

目前，在大慶油田水平井產(chǎn)液剖面測井技術(shù)中,存在兩種采用電導(dǎo)探針成像的方法,一種是雙層徑向分布陣列電導(dǎo)探針傳感器[1,2](一種具有雙層徑向分布陣列電導(dǎo)探針傳感器的成像儀，胡金海，專利號ZL201020617311.x),此結(jié)構(gòu)儀器的測量臂收放存在一定隱患；另外一種是國外斯倫貝謝公司生產(chǎn)的電導(dǎo)探針流體成像儀,儀器將電導(dǎo)探針安裝在最外圍支撐臂的結(jié)構(gòu)，但由于其本身結(jié)構(gòu)限制，漏失信息較多，所以難以準確地給出界面分布圖和剖面度。

針對現(xiàn)有電導(dǎo)成像技術(shù)，綜合兩種技術(shù)的優(yōu)點，研制一種無轉(zhuǎn)動部件誤差小精度高的新型電導(dǎo)探針陣列傳感器，為水平井產(chǎn)液剖面油水兩相流測量提供新手段。

1結(jié)構(gòu)

這是一種基于探針陣列傳感器的井下油水兩相含水率的測量成像方法。其特征在于在軸向方向均勻排布有12個探針支撐臂，每個探針支撐臂的徑向方向上安裝有一個電導(dǎo)探針。這12個探針支撐臂撐開尺寸與套管內(nèi)徑一致，依靠一端的彈簧結(jié)構(gòu)控制支撐臂的收縮與撐開，無需外力作用，探針方向與儀器的軸向方向一致。同時在支撐臂的中心空間添加一組或幾組周向方向的探針(12個一組)，可根據(jù)需要確定周向方向固定的尺寸，針對特定含水率區(qū)域，這樣通過周向方向的探針作用，補充由于軸向方向探針分布引起的漏失。每個電導(dǎo)探針通過流體中的水相與儀器外殼構(gòu)成回路，當探針處于水中，探針的等效電阻較小，當探針處于油中，探針的等效電阻相當于無窮大，當探針處于油水交替變化，表現(xiàn)出等效阻抗的交替變化，通過測量等效阻抗的變化來判斷探針所處的位置，從而實現(xiàn)在水平狀態(tài)下對油水界面位置的判別，同時給出持水率，并通過探針所測量阻抗變化的規(guī)律判斷油水界面附近的流型和流態(tài)。

軸向及周向互補式電導(dǎo)探針傳感器具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。中心周向方向探針可以組成多組，可根據(jù)具體需求對周向方向的尺寸進行調(diào)整。

沿軸向方向傳感器示意圖，如圖2所示。

圖1　傳感器示意圖

圖2　傳感器軸向示意圖

2誤差分析

表1　不同區(qū)域內(nèi)的含水率分布范圍

圖3　內(nèi)外環(huán)探針位置分布圖

3室內(nèi)靜態(tài)標定實驗

電路由激勵源、陣列探針、多路選通電路、采集電路、信號編譯處理電路、傳輸電路組成。為防止直流電使水電解，導(dǎo)致電極腐蝕，影響測量，所以采用正弦交流激勵，多路選通電路通過控制模擬開關(guān)的開關(guān)，使采集電路依次采集各個電極上的電壓變化[3]。采集信號經(jīng)過編譯處理后由傳輸電路上傳至地面系統(tǒng)。

以下是在室內(nèi)標準井筒內(nèi)，選擇探針所在誤差最大的位置做的實驗，見表2。

表2　兩組不同誤差最大位置誤差下對比(外環(huán))

由表2、表3可以看出兩組測量結(jié)果持水率相對誤差最大分別為2.04%、2.03%，并且通過對比表2內(nèi)奇數(shù)探針的個數(shù)與表一的誤差分析區(qū)間，對比可以得出持水率與含水率誤差范圍最小為2.12%，最大為9.65%，誤差大小取決于液面所處的位置，即液面所在區(qū)域上下限的距離，越近的為誤差最小，另一為最大誤差，測井時以最小誤差為測井目的；所有的探針除11(區(qū)域6)個探針不在含水率分布范圍內(nèi)，其他最大誤差都在標準區(qū)間之內(nèi)，而探針11(區(qū)域6)個探針的持水率與含水率分布范圍最大誤差僅為1.07%，因此，此儀器的所測含水率精確程度能夠達到測量要求。同樣，內(nèi)環(huán)也在誤差范圍內(nèi)，并且與外環(huán)起到互補作用，使得含水率的測量范圍增大，增強其穩(wěn)定性和準確性。

表3　兩組不同誤差最大位置誤差下對比(內(nèi)環(huán))

將以上兩組持水率與其對應(yīng)的相對響應(yīng)作圖進行對比，如圖4所示。

有以上兩圖可見，儀器具有較好的分辨率和重復(fù)性，且內(nèi)環(huán)探針的響應(yīng)也在外環(huán)響應(yīng)的區(qū)間之內(nèi)，更好地驗證了內(nèi)外環(huán)之間互相補充，使得測量的精確率達到了理想的效果。

4結(jié)論

(1)基于互補式電導(dǎo)探針陣列傳感器能夠在全井眼下對持水率進行測量，對流體流動狀態(tài)影響較小，基本上能夠反映流體的正常流動狀態(tài)。

(2)此儀器的所測含水率精確程度能夠達到測量要求。通過內(nèi)外環(huán)的互補作用，使得含水率的測量范圍增大，驗證了其穩(wěn)定性和準確性。

(3)通過采集速度進一步提高和成像算法的進一步完善，該探針陣列還可以給出水平條件下流體的流型流態(tài)。初步的計算以及實驗結(jié)果表明在流量200 m3/d以內(nèi)該傳感器得到的持水率誤差在10%以內(nèi)。

參 考 文 獻

[1] 豆岳龍,劉興斌,胡金海,等.基于FPGA的雙層陣列電導(dǎo)探針持水率計電路設(shè)計[J].石油儀器，2011,25(5)：74-75，77.

[2] 柴金剛.基于電導(dǎo)成像測井的持水率的測量及動態(tài)實驗[J]. 石油儀器，2011,25(3)：56-58.

[3] 胡金海,劉興斌,劉繼新,等.陣列電導(dǎo)探針流體成像儀在油水兩相下的實驗[J]. 石油儀器，2013,27(1)：18-20.

補充：

2015年第2期刊登的王建軍，韓軍，林凱撰寫的《油管柱嚙合螺紋密封面損傷的聲波評判研究》文章為基金項目論文，基金項目：中國石油天然氣集團公司資助項目(項目批準號2015E-4006)，陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃資助項目(項目批準號2013KJXX-07)。